DE2202519A1

DE2202519A1 - Magnetische Lagenanzeigeanordnung

Info

Publication number: DE2202519A1
Application number: DE19722202519
Authority: DE
Inventors: Szabo Andras I; Tarli Dan V
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-01-27
Filing date: 1972-01-20
Publication date: 1972-08-17
Also published as: IT946832B; NO131851B; AT318763B; NL7201126A; FR2124871A5; GB1347329A; BE778549A; SE381741B; JPS5226457B1; CH547480A; NO131851C; CA998136A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt 9 ? Π ? R 1

4 Düsseldorf 1 - Schadowplatz 9

Düsseldorf, 18. Januar 1972

■Jestinghouse Electric Corporation
'Pittsburgh, Pa. , V. St. A.

üagnetische LagenanZeigeanordnung

.Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine neue Magnetische Lagenanzeicjeariordnung Ear die Erfassung der AnwesenheiL eines permanentmagnet is chen :örr>ers, insbesondere auf eine Lagenanzeigeanordnung zur Erriittlung der relativen Lage von Steuerstäben innerhalb des Kerns eines Kernreaktors.

ooi einer bekannten Ausfuhrungsforr.i einer solchen Lagenanzeigeanordnung v/erder durch elektrische Steuerung, jedoch hydraulischer. Antrieb Steuerstäbe zwischen ζ v/ei j.ndlagen individuell hin- und herbewegt, so dar sie sich entweder im voll eingefahrenen oder aber υπ voll ausgefahrenen Zustand befinden. Jeder Steuerstab v/eist mindestens ein neutronenabsorbierendes Element auf, das un-(.oF.'hr die gleiche Größe v/ie lie Brennstäbe hat. Jeder Steuerstoh ist mit einem hydraulischen Iiechanismus verbunden und läuft in in Ίοί'ΐ zugehörigen Jirennelement vorqesehenon Führunqsüiuffen. In der eingefahrenen Lage passen die neutronennbsorbierenclen Elemente in die entsprechenden Brennelementrauf fen, während sie sich bei iiber-

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führung in den ausgefahrenen Zustand in Führungsrohren bewegen. Dies ist die gleiche Anordnung, wie sie in derzeit in Benutzung befindlichen Druckwassereaktoren verwendet wird, abgesehen davon, daß bei dem zuvor beschriebenen System die Stäbe keine Zwischenlagen einnehmen können, sondern eben nur im ganz eingefahrenen Zustand oder aber im ganz ausgefahrenen Zustand zu bleiben vermögen, während bei heutigen Ausführungen die Stäbe auch ^wischenlagen innerhalb des Reaktorkerns einnehmen können. Jeder hydraulische Steuerstabantrieb stellt ein völlig unabhängiges System dar umi steuert die Bewegung eines Übertragungsstabes, der mit dem eine™ Steuerstab zugeordneten neutronenabsorbierenden Element verbunden ist; im vorliegenden Beispiel bilden zwei miteinander vereinigte neutronenabsorbierende Stöbe einen Steuerstab. Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des vorgenannter, Steuersystems sei auf die USA-Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 700 15 3 vom 24.1.1968 - Robert J. French et al - mit der. Titel "Kernreaktor" verwiesen, die auf die gleiche Anmelderin wie die vorliegende Anne 1 dung zurückgeht.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung einer einfachen aber zuverlässigen Lagenanzeigeanordnung, die gegenüber Temperaturoder sonstigen Umgebungseinflüssen unempfindlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Magnetische Lagenanzeiqfanordnung für die Erfassung der Anwesenheit eines beweglich geführten magnetischen Körpers, mit Mindestens einer magnetischen Liigenanzeitjevorrichtung, die einen weichmagnetischen Kern mit einer.! offenen magnetischen Flußpfad und zwei zugehörigen Polen aufweist, ho-

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wie einer F-rfassungseinrichtung für die Ermittlung von Flußänderungen in dem weichmagnetischen Kern erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen permanentmagnetischen Körper, der längs einer in der Nähe der Pole des weichmagnetischen Kerns verlaufenden Bahn zwischen einer ersten Endlage, in der der magnetische Flußpfad des viu ichinagne ti sehen Kerns durch den porr^anentmagnetischen Körper geschlossen ist, und einer zweiten Endlage, in der der magnetische Flußpfad geöffnet ist, unter Erzeugung entsprechender verschiedener magnetischer Flußwerte in dem weichmagnetischen Kern hin-und herverschieblich geführt ist.

Die Arbeitsweise der einzelnen Stab-Lagenanzeigeanordnungen beruht auf der 'Magnetischen Flipf lop-r^Tirkunc", wie sie für die sehn al en Hystereseschleifen weichmagnetischer Materialien typisch ist. Jede Lagenanzeigeanordnung weist grundsätzlich einen weichmagnetisclien Kern mit einem offenen Flußpfad auf, dem zwei Pole zugeordnet sind. Die Pole des magnetischen Kerns sind längs eines Steuerstab- bzw. flbertragungsstabgehäuses angeordnet, so daß die Bewegung des magnetischen Übertragungsstabes im wesentlichen über die Pole des magnetischen Kerns hinweg eine Umkehr e'er Polarität des magnetischen Flusses durch den weichmagnetischen Kern hervorruft. Diese in deia Magnetkern durch den magnetischen Übertragungsstab hervorgerufene Flußänderung kann erfaßt werden, so daß dadurch angezeigt werden kann, daß der Übertragungsstab sich in der Nähe der Pole des Magnetkerns befindet. Die durch diese magnetische Flipflop- ■ Wirkung in dem Fühlorgan erzeugte Flußumkehr kann entweder durch Verwendung magnetisch vorgespannter Reedschalter oder aber sättigbarer Transformatoren, die z\m Bestandteil der Fühlorgane gemacht

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werden, in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Der Ausführungsform mit einem sättigbaren Transformator wird der Vorzug gegeben, weil dadurch eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit und geringere Hysterese-Erscheinungen bei der Lageanzeige gewährleistet sind.

Das mit einem sättigbaren Transformator arbeitende Erfassungsorgan ist magnetisch mit dem weichmagnetischen Kern gekoppelt, so daß es unter dem Einfluß des den Kern durchsetzenden Flusses steht. Die Primärwicklung des sättigbaren Transformators wird durch einen vorzugsweise durch eine Stromquelle gelieferten Viechseistrom erregt, während das Lagesignal von der Sekundärwicklung abgenommen wird. Die Amplitude der Sekundärspannung wird beträchtlich verringert, wenn die Transformatorbleche durch den Einfluß des Gleichflusses gesättigt werden, den der magnetische Stab abgibt, dessen Lage erfaßt werden soll.

An den weichmagnetischen Kern können Flußringe oder andere geeignete Polstücke angeschlossen werden, um den Übergang des Gleichflusses von dem magnetischen Stab zu den sättigbaren Blechen zu unterstützen.

Die Einsetzbarkeit des Fühlorgans nach der Erfindung läßt sich weitgehend durch geeignete Zuordnung eines magnetischen Vorspannungssystems verbessern. Die magnetische Vorspannung wird dabei durch einen Permanentmagneten erzeugt, der in den Transformatorbiechen einen Gleichfluß induziert. Der Permanentmagnet kann gewünschtenfalls auch durch einen Elektromagneten oder eine Gieich-

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wicklung ersetzt werden. Je nach der verwendeten magnetischen Vorspannung liegen fünf Betriebszustände vor: Keine Vorspannung angelegt (1)/ schwache Vorspannung bei Unterstützung der Polarität (2), schwache Vorspannung bei entgegengesetzter Polarität (3), starke Vorspannung bei gleicher Polarität (4) und starke Vorspannung bei entgegengesetzter Polarität (5). Jeder der vorgenannten Betriebszustände ergibt eine Stab-Lagenanzeige. Es ist weitgehend eine Sache der günstigsten Lösung, welcher der fünf Betriebszustände in einem bestimmten Fall ausgewertet wird. Der letztgenannte Betriebszustand (5) wird für den Fall eines Stab-Lagenanzeigesystems für den Einsatz in Kernreaktoren bevorzugt, v/eil dann für den Rest des Systems nur ein einfacher Schaltungsaufbau benötigt wird. Die Stärke des Magneten bei dem letzten Betriebszustand bzw. der letzten Betriebsart ist so gewählt, daß dadurch die Transformatoren bei Abwesenheit des magnetischen Stabes gerade gesättigt v/erden können, und seine Polarität ist entgegengesetzt zu der des magnetischen Stabes, so daß die Menge des den sätticfbaren Transformator durchsetzenden Flusses verringert wird und der Transformator damit aus der Sättigung herausgeführt wird, wenn oer Magnetstab sich in; wesentlichen zwischen den Polen des Fühlorgans befindet. Die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung des sättigbaren Transformators wird dadurch erhöht und zeigt dann an, daß der Stab sich in der vorgenannten Lage befindet.

Die einzelnen Fühlorgane können tandemartig längs des Steuerstabbzw. Übertragungsstabgehäuses angeordnet und dabei rdbeinander "verzahnt" sein, um die schrittweise Wex^eibuweguny aes Stabes innerhalb des Gehäuses anzuzeigen. Wenn der sich im Innern des Ge-

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häuses verschiebende Stab kein Permanentmagnet ist, so muß der Stab mit einer Gleichspannungswicklung umgeben werden, die dann am Boden der, Anordnung vorgesehen wird. Wird eine solche Wicklung mit einem geeigneten Gleichstrom gespeist, so erfolgt dadurch eine Magnetisierung des Stabes, so daß die Stab-Lagenanzeigeanordnung einwandfrei arbeiten kann. Bei Antrieb der übertragungsstäbe durch magnetische Hubmechanismen, wie sie etwa in der USA-Patentschrift 3 158 766 vom 24.11.1964 - E. Frisch - und mit dem Titel "Greiferartig arbeitender Linearantrieb" beschrieben ist, so ist eine Gleichstrom-Erregerwicklung nicht notwendig, da die Gleichstromwicklungen des Hubmechanismus für die notv/endige .Magnetisierung des Stabes sorgen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Kernreaktors mit

einem ihm zugeordneten Steuerstab-Antriebssysten, das mit der neuartigen Lagenanzeigeanordnunc nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 2A und 2B in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform

der Erfindung, wobei das grundlegende Arbeitsprinzip veranschaulicht ist, wie es bei Abwesenheit bzw. Anwesenheit des Stabes wirksam ist;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausfüh-

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rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die mit Fig. 3 wiedergegebene Ausführungsform;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungs-

form der Erfindung; und

Fig. 6 schematisch eine Anordnung mit einer Mehrzahl

der Lagenanzeigevorrichtungen der Fig. 5.

Eine genaue Kenntnis der Lage der Steuerstäbe in einem Kernreaktor ist wichtig, um eine sichere und wirksame Arbeitsweise des Reaktors zu gewährleisten. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Erfassung der Lage der Steuerstäbe in einem Druckwasserreaktor wegen der Notwendigkeit, den Aufbau des Reaktor-Druckbehälters 41 insgesamt dicht zu halten, besonders schwierig. Steuerstäbe 72 sowie jeweils mechanisch damit gekoppelte Übertragungsstäbe 74 sind mit Kühlflüssigkeit in Form von Wasser 40 umgeben, das den Reaktor-Druckbehälter 41 vollständig füllt. Unter normalen Arbeitsbedingungen befindet sich das Wasser auf einer hohen Temperatur und steht dabei unter Druck, so daß es nicht zum Sieden kommt.

Die Lage der Steuerstäbe 72 muß anhand von Messungen hinsichtlich des Zustands von Fühlorganen ermittelt werden, die außerhalb des Reaktor-Druckbehälters 41 angeordnet sind, weil keine mechanischr Durchdringung des Reaktor-Druckbeh-'Iters 41 möglich i<?r, ητη ? Larje der Steuerstäbe zu erfassen. Der einzige Bereich, in den, so 1 -

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ehe Fühlorgane angeordnet werden können, ist der sich längs eines Gehäuses 62 für die Führung der fibertragungsstäbe 74 erstreckende Bereich. Die Übertragungsstäbe 74 sind innerhalb der Gehäuse 62 längsverschieblich, wobei die Gehäuse 62 von dicht abgeschlossenen Rohrabschnitten gebildet sind, die sich in Längsrichtung von einoni Reaktorkopf 42 des Reaktor-Druckbehälters 41 aus nach oben erstrekken.

Längs der Gehäuse 6 2 angeordnete Fühlorgane 56 können nur die Lage der übertragungsstäbe 74 erfassen. Es kann jedoch normalerweise davon ausgegangen werden, daß die Verbindung der Übertragungsstäbe 74 mit den Steuerstäben 72 zuverlässig und daher die Verschiebung eines Übertragungsstabes 74 und des zugehörigen .Steuerstabes 72 jeweils dieselbe ist. Im Hinblick auf ein noch weitergehendes Verständnis des Reaktor-Steuerstabsystems sei auf die USA-Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 721 122 vom 12.4.1968 - Robert. J. Creagan et al - mit dem Titel "Brennstoffbündel für Kernreaktoren" verwiesen, die auf die gleiche Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung zurückgeht.

Es ist ein neues Anzeigesystem für die Lage der Steuer- bzw. übertragungsstäbe entwickelt worden, um die An- oder Abwesenheit des Steuerstabes an den verschiedenen zu überwachenden Stellen zu erfassen. Das mit der vorliegenden Anmeldung beschriebene neue Lagenanzeigesystem eignet sich besonders, wenn der Übertragungsstab aus magnetischem Material, das zu seiner Führung dienende Gehäuse dagegen aus nicht-magnetischem Material besteht. Das neue Lagenanzeigesystem kann sowohl mit Wechsel- als auch mit

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Gleichfluß arbeiten, der die Übertragungsstäbe und die Wand des dafür vorgesehenen Gehäuses durchsetzt. Die Verv/endung von Gleichfluß ist dabei vorzuziehen, weil im Zusammenhang damit keine Wirbelströme erzeugt werden, außerdem mit einfacherer; Schaltungsaufbau und besserem Leistungsverhalten gearbeitet werden kann.

Fig. 2Λ und 2B zeigen schematisch einen weichmagnetischen Kern 10 mit zwei zugehörigen Polen 16, der einen offenen magnetischen Flußpfad bildet. Ein permanentmagnetischer Körper 14 ist längs einer Achse hin- und herverschieblich geführt, die in Mähe und parallel zu der Achse zwischen den beiden Polen 16 verläuft. Der beispielsweise aus weichem Stahl hergestellte weichinagnetische Kern 10 wird magnetisiert, sobald er in die Nähe des permanentmagnetischen Körpers 14 gebracht wird. Die Polarität der Magnetisierung hängt von der relativen Lage des weichmagnetischen Kerns 10 zu dem permanentinagnetischen Körper 14 ab. Wenn der permanentmagnetische Körper 14 und der weichmagnetische Kern 10 mit ihren Enden aneinander angrenzen, wie das mit Fig. 2fr gezeigt ist, so wird der weichmagnetische Kern 10 so magnetisiert, daß die wirksame Länge des Magneten vergrößert wird. Wenn andererseits der permanentmagnetische Körper 14 und der weichmagnetische Kern 10 nebeneinander angeordnet werden, wie das mit Ficj. 2B gezeigt ist, so wird der v/eichmagnetische Kern 10 entgegengesetzt zu dem permanentmagnetischen Körper 14 F'agnetlsiert. Die Polarität der Magnetisierung des weichmagnetischen Kerns erfährt somit eine Umkehrung, wenn sich das obere Ende des beweglichen permanentmagnetischen Körpers 14 vom unteren Ende zum oberen Ende des weicnmaqi.etischen Kerns 10 hin bewegt. Wenn der permanentmagnetische Körper 14 wesentlich länger

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als der weichmagnetische Kern 10 ist, wie das für einen von einen¹ Reaktor-tfbertragungsstab gebildeten Kern zutrifft, so kann die" Flußumkehr in dem weichmagnetischen fCern io durch eine ziemlich kleine Relativverschiebung des beweglichen permanentmagnetischen Körpers 14 hervorgerufen werden. Unter Berücksichtigung dieser Umstände wird zur Definition dieses Verhaltens im vorliegenden Zusammenhang der Ausdruck "magnetische Flipflop-Wirkung" gebraucht.

Die magnetische Flipflop-Wirkung wird nicht beeinträchtigt, wem: an die Pole 16 des weichmagnetischen Kerns 10 in der mit den Fi-. 2A und 2B wiedergegebenen Weise weichraagnet Ische Stahl rinne 12 angeschlossen werden. Der bewegliche permanentmagnetische Förper v'ir-1. dann innerhalb dieser Stahlringe 12 verschoben, nie weich;;·;;— qnetischen Stahlringe 12 tragen dazu bei, die Empfindlichkeit der Anzeigevorrichtung zu erhöhen, da sie einen großen Oberfl^chenbereich für den magnetischen Fluß schaffen. Infolge der Anv/esenheit der Ringe wird auch die Bedeutung einer genauen Positionierung des permanentmagnetischen Körpers 14 relativ zu dem weichmagnetischen Kern 10 auf ein Minimum herabgesetzt. Durch seitliche bewegung 'es permanentm.agnetischen Körpers 14 innerhalb der weichmagnetischen 'tnhlringe 12 wird der Fluß nicht nennenswert beeinflußt, da je !er Verringerung des Abstandes in der einen Richtung stets ein-· gleichwertige Vergrößerung des Abstandes zwischen dem permanentm;ianetischon Körper 14 und dem weichmagnetischen Stahlring 12 andererseits gegenübersteht.

-Jach Erzielung der magnetischen Flipflop-Wirkung bleibt nur noch die Notwendigkeit, für eine mit guter Zuverlässigkeit arbeitende

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Einrichtung zu sorgen, die den Polarit^tswechsel des Gleichflusses in dem weichnagnetischen Kern 10 in einen elektrischen Signalwechsel umformt. Dies kann entweder durch die Verwendung magnetisch vorqespannter Reedschalter oder sättigbarer Transformatoren erfolgen, die - wie mit Fig. 3, 4 und 5 veranschaulicht - zu Bestandteilen des nicht-magnetischen Kerns 10 gemacht werden können.

F,ine mit einem sättigbaren Transformator arbeitende Anzeigevorrichtung ist mit Fig. 3-5 schematisch veranschaulicht. Der weichmagnetische Kern 10, die Pole 16 sowie die weichmagnetischen Stahlringe 12 v/eisen jeweils den gleichen Aufbau wie die mit Fig. 2A und 2B wiedergegebene Anordnung auf. Unterschiede demgegenüber sind durch den sättigbaren Transformator 18 sowie einen Vorspannbereich 24 gegeben, die in das Joch 23 des weichmagnetischen Kerns 10 eingefügt worden sind. Der Vorspannbereich 24 ist lediglich durch einen Dauermagneten gebildet, der magnetisch parallel zu einem sättigbaren Transformator 18 geschaltet ist, der in dem Joch 23 des weichmagnetischen Kerns 10 liegt. Bei einer Betriebsweise ist die Polarität des Vorspannbereiches 24 so gewählt, daß die resultierende magnetische Vorspannung die Polarität des langgestreckten permanentmagnetischen Körpers 14, dessen Lage erfaßt werden soll, unterstützt. Wenn sich beispielsweise der Nordpol des Stabmagneten an der Oberseite befindet, muß die Vorspannung des Fühlorgans so sein, daß der obere der beiden Ringe 12 den Südpol bildet. Auf diese Weise suchen die beiden durch den sättigbaren Transformator gehenden, durch die magnetische Vorspannung einerseits und den Stabmagneten andererseits hervorgerufenen beiden Flüsse einander aufzuheben, wenn der permanentmagnetische Körper 14 sich

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unterhalb des Fühlorgans befindet, so daß die Transformatorbleche nicht in die Sättigung gelangen. Wenn andererseits der permanentmagnetische Körper 14 beide Ringe 12 des weichmagnetischen Kerns durchsetzt, so addieren sich die beiden Flüsse, und die Bleche rles sättigbaren Transformators 1.8 gehen in die Sättigung, vorausgesetzt, daß der Cuerschnittsbereich der Bleche des sättigbaren Transformators 18 und des Vorspannbereichs 24 im Hinblick auf einen speziellen permanentmagnetischen Körper 14 in der richtigen Weise gewählt worden sind. Weitere Arbeitsmöglichkeiten zur Erzielung einer Vorspannung v/erden weiter unten erläutert.

Eine Primärwicklung 20 des sättigbaren Traneformators IR erhält in '"en meisten Fällen ein Wechselspannungssignal 32, das eine Frequenz von 400 Hz aufweist. Wenn sich bei dieser Art der Vorspannung der Stab unterhalb des Fühlorgans befindet, so wird der Transformator nicht gesättigt, so daß das Wechselspannungssignal in voller Größe an der Sekundärwicklung 22 erscheint. Das gesamte Sekundärsignal tritt auf, bis das obere Ende des permanentmagnetischen Körpers 14 den oberen Stahlring 12 des Kerns IO erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird der sättigbare Transformator 18 gesättigt, während die Sekundärspannung der Sekundärwicklung 22 auf Null absinkt. An die Sekundärwicklungen kann eine Anzeigevorrichtung 26 angeschlossen werden, um die Ausgangsspannung anzuzeigen. Die Anzeigevorrichtung kann durch eine Reihe bekannter Ableseinstrumene wie ein Volt- oder ein Amperemeter gebildet sein.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführunqsform dos mit Fiq. 3 und 4 wiedergegel-enen Ausführungsbeispiels. Danach nimmt der sättigba-

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re Transformator 18 nur einen itdl des Jochs 23 des weichi^oagnetischen Kerns 10 ein, während der permanentmagnetische Vorspannbßreich 24 der Fig. 3 und 4 durch um -lon weichmagnetischen Kern 10 gewickelte Gleichvorspannvngswicklungen ersetzt worden ist. Die Polarität des diese Wicklungen speisenden Gleichstroms hängt von der Art der gewählten Vorspannung ab. Als Beispiel für eine zweite Vorspannmöglichkeit ist die Polarit-üt des diesen Wicklungen zugeführten Gleichstroms so gewählt, daß die resultierende macjnetische Vorspannung dem Einfluß des langgestreckten permanentmagnetischen Körpers 14 entgegenzuwirken sucht. Iiti übrigen sind Aufbau und IJLrkungsweise des mit Fig. 5 wiedergegebenen Ausführungsbeispiels mit den Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 identisch. Mit der so beschriebenen Vorspannung wird der sättigbare Transformator IB gesättigt, wenn der permanentmagnetische Körper 14 sich unterhalb des weichmagnetischen Kerns 10 befindet, wiinrend der sättigbare Transformator 13 ungesättigt ist, wenn Jer permanentmagnetische Körper 14 sich im wesentlichen zwischen den Polen 16 befindet. Das Auftreten einer Spannung an der Sekundärwicklung 22 .seigt daher an, daß der permanentmagnet is ehe Körper 14 sich in wesentlichen zw:i ~ sehen den Polen 16 des weichmagnetischen Kerns IO befindet.

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele des Fühlorgans der Lugenanzeigevorrichtung nach di.-r r:rEindung weisen jeweils eine magnetische Vorspannungseinrichtung auf, die jedoch nicht unbedingtvorhanden sein muß und nur für einige Betriebsarten das Pühlorgar);c typisch ist. Der im wesentlichen zwischen den Polea 16 des weichmagnetischen Kerns 10 befindliche pe er urt..;;i.:.a'inr.t-K--ci;c körper 14 kann in dem v/eichmagnetischen Kern 10 genüg 2nd Flu'i induzieren, um

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den sättigbaren Transformator 1Π zu sättigen, l'ei Anwesenheit des Körpers 14 zv/ischen den Polen 16 des weichnagnetischen Kerns 10
erfolgt daher eine Sättigung des Transformators und somit eine.Verminderung der Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 22. Befindet
sich der permanentmagnetisch Körper 14 nicht in dem magnetischen Pfad zwischen den Polen 16, so wird nicht genug Fluß induziert, um den Transformator zu sättigen, so daß die Ausgangsspannung der ^c'ekundärwicklung 22 ansteigt.

Aus diesen Elementen kann eine vollständige Steuer- bzw. i'bertr igungsstab-Lagenanzeigeanordnung aufgebaut werden, inden die Elemente in der mit Fig. 6 dargestellten Weise miteinander verzahnt
werden. Vie mit Fig. 6 gezeigt, sind die einzelnen Fühlorgane tandemartig längs der Bewegungsachse des magnetischen Körpers 14 angeordnet, wobei der permanentmagnetische Körper 14 im vorliegenden
E'all von einem Übertragungsstab gebildet ist. nie Stahlringe 12 umschließen das Steuerstabgehäuse 30, wobei die benachbarten Ringe
nabenjeinander angeordneter Anzeigevorrichtungen miteinander "verzahnt" sind. Ein großer Vorteil dieses "verzahnten" Aufbaus ergibt sich aus der hohen Auflösung, bei gleichzeitiger magnetischer Isolierung der Fühlorgane voneinander. Mit einer stark gegeiiwirkenien Vorspannungskraft sind alle Fühlorgane der Anordnung grs'^;t !-.igt,
außer den unterhalb des oberen EJndes des ütcibes befindlicher., p·lese letzterwähnten Fühlorgane liefern eine hohe Wechselspannung md zeigen daher die Lage des Übertragungsstaber, an. Grundsätzlich
sind je nach der verwendeten magnetischen Vorspannung fünf Arbcitszuct inde möglich: Gar keine Vorspannung (1), schwache, die Polarisierung unterstützende Vorspannung (2), schwache Vorspannung ent-

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gegengesetzt zur Polarisierung (3), starke, die Polarisierung unterstützende Vorspannung (4) und starke, zur Polarisierung entgegengesetzte Vorspannung (5). Jeder der vorgenannten Betriebszustände zeigt eine Lage des Übertragungsstabes an. Es ist weitgehend eine Frage der günstigsten Ausvrahl, welcher der fünf Betriebszustande bzw. welche der fünf Betriebsarten im Einzelfall verwendet wird. Die Betriebsart (5) wird für den Fall der Stab-Lagenanzeigeanordnung bevorzugt, die für Kernreaktoren eingesetzt werden soll, weil das übrige System dann nur einen einfachen Schaltunqsaufbau erfordert. Deshalb ist in Verbindung mit dem oben erläuterten bevorzugten Ausführunqsbeispiel diese Vorspannungsart erläutert worden.

Es ist notwendig, daß der Übertragungsstab bzw. die Übertragungsstäbe aus permanentmagnetischem Material hergestellt werden. In bestimmten Beispielsfällen können die Übertragungsstäbe magnetischer Hubmechanismen aus einem magnetischen Edelstahl (Typ 410) hergestellt sein, der seinen Magnetismus beibehält, nachdem er einmal magnetisiert worden ist. Bei dem in der vorerwähnten Frisch-Patentschrift erläuterten Mechanismus sind drei große Wicklungen vorgesehen, von denen mindestens eine ständig einen Gleichstrom führt. Diese Gleichstromerregung übt einen unmittelbaren magnetisierenden Einfluß auf den Übertragungsstab aus und stellt sicher, daß dieser einen leistungsstarken Magneten darstellt. Wenn ein anderer Hub- oder Antriebsinechanismus verwendet wird, bei dem der Übertragungsstab nicht unmittelbar magnetisiert wird, so kann eine Erregerwicklung über das Steuerstabgehäuse 30 air unteren "nde der Stab-Lagenanzeigeanordnung angeordnet v/erden. Der iiher-

tragungsstab kann dann durch Speisung der Erregerwicklung mit Gleichstrom magnetisiert v/erden. Ebenso kann statt dessen der Übertragungsstab aber auch aus nicht-magnetischem Material hergestellt sein und dann einen permanentmagnetischen Einsatz einschließen.

Die Anzeigevorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung können in unterschiedlicher Weise angeordnet sein, um speziellen Anforderungen an das Steuerstabsystem zu genügen. So können sie einfach tandemartig angeordnet oder in der zuvor beschriebenen Weise miteinander "verzahnt" sein. Statt dessen können sie aber auch in Abständen voneinander längs der Bewegungsachse des Steuerstabes angeordnet sein. Ferner bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Fühlorgane nach der Erfindung an dem Steuerstabgehäuse zu befestigen. Die Pole 16 der Fühlorgane können unmittelbar an das Gehäuse angeschweißt oder aber die weichmagnetischen Stahlringe 12 können in der mit Fig. 5 veranschaulichten Weise längs des Umfangs des Steuerstabgehäuses 30 festgelegt sein.

Das beschriebene System gewährleistet somit eine gute Genauigkeit und eine geringere Temperaturabhängigkeit als entsprechende Systeme nach dem Stand der Technik. Durch Einsatz von zwei Transformatoren und Erregerwicklungen für jedes Fühlorgan kann leicht für eine gewünschte Redundanz gesorgt werden. Durch die "verzahnte" Anordnung wird eine hohe Auflösung sichergestellt, außerdem ist dieser Aufbau einfach, preiswert, und schließlich erfolgt eine natürliche Kühlung durch Konvektion, so daß die Verwendung von hochtemperaturfestern Isoliermaterial nicht notwendig ist.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

1J Magnetische Lagenanzeigeanordnung für die Erfassung der Anwesenheit eines beweglich geführten magnetischen Körpers, mit mindestens einer magnetischen Lagenanzeigevorrichtung, die einen weichmagnetischen Kern nit einem offenen magnetischen Flußpfad und zwei zugehörigen Polen aufweist, sowie einer Erfassungseinrichtung für die Ermittlung von Flußänderungen in dem weichmagnetischen Kern, gekennzeichnet durch einen permanentmagnetischen Körper (14), der längs einer in Nähe der Pole (16) des weichmagnetischen Kerns verlaufenden Tiahn zwischen einer ersten Endlage, in der der magnetische Flußpfad des weichmagnetischen Kerns durch -len permanentmagnetischen Körper (14) geschlossen ist, und einer zweiten Endlage, in der der magnetische Flußpfad geöffnet Lst, unter Erzeugung entsprechender verschiedener magnetischer Flußwerte in dem v/eichmagnetischen Kern (10) hin und her verschieblich geführt ist.
2. Lagenanzeigeanordnung nach Anspruch 1, bei der der weichmagnetische Kern im wesentlichen die Gestalt eines C-förmigen Kerns hat, dadurch gekennzeichnet, daß an die Pole (16) des weichmagnetischen Kerns (10) weichmacrrißtische Stahlringe (12) angeschlossen sind, die die Bewegungsbahn des hin und her verschieblich geführten magnetischen Körper (14) umschließen.
3. Lagenanzeigeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtaag inindescens eine Primär- und eine Sekundärwicklung (20, 22), die den. weichmagneti-

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sclien Kern umschließen und einen sättigbaren Transformator (IB) bilden, sowie eine Wechselspannungs-Erregereinrichtung für die Erregung der Primärwicklung (20), ferner eine Anzeigeeinrichtung für die Anzeige einer StronMnderung durch die Sekundärwicklung (22) aufweist.
4. Lagenanzeigeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine magnetische Vorspanmmgseinrichtung für die magnetische Vorspannung des Magnetkerns und die Sättigung des Sättigungstransformators (18) auf v/eist _f die in dem Magnetkern ein Flußfeld erzeugt, das im v/esentlichen gleich, aber entgegengesetzt zu dem Flußfeld ist, das der bewegliche Körper (14) an der Stelle der Bahn erzeugt, an der er den magnetischen Flußpfad des weichitiagnetischon Kerns (10) schließt.
5. Lagenanzeigeanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Vorspanneinrichtung eine um den weichmagnetischen Kern gewickelte Gleichspannungs-Erregerspulo ist.
<-. Lagenanzeigeanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne-, daß die magnetische Vorspanneinrichtung ein magnetisch ■■·■■;.t dem weichmagnetischen Kern (10) gekoppelter Permanentmagnet ist.
7. Lagenanzeigeanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der magnetischen Lageanzeigevorrichtungen tandemartig längs der Rewegungsbahn des beweglichen magnetischen Körpers angeordnet sind.

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8. Magnetische Lagenanzeigeanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole der Mehrzahl Lagenanzeigevorrichtungen längs der Bewegungβachse dos beweglich geführten magnetischen Körpers (14) miteinander "verzahnt" sind.
9. Lagenanzeigeanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Magnetkörper ein Steuerstab und der weichmagnetische Kern so längs des Steuerstabgehäuses (30) angeordnet ist, daß die Anwesenheit oder Abwesenheit des Steuerstabes an der Stelle der Anzeigevorrichtung erfaßt wird.

KN/hs 5

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